Wprowadzenie do modelowania MES w programie SOFISTIK Materiały pomocnicze do laboratorium z metody elementów skończonych

Podobne dokumenty
KRZYSZTOF REDLARSKI PODSTAWY METODYKI ZARZĄDZANIA PROJEKTAMI W UJĘCIU KLASYCZNYM

Janusz Datta, Marcin Włoch INŻYNIERIA ELASTOMERÓW

Krystyna Dzierzbicka Grzegorz Cholewiński Janusz Rachoń DLA ZAINTERESOWANYCH PYTANIA I ODPOWIEDZI

PROJEKTOWANIE WIEDZY RELACYJNEBAZYDANYCH TACJANA NIKSA-RYNKIEWICZ

Oferta wydawnicza Politechniki Gdańskiej jest dostępna pod adresem

WOJCIECH WYRZYKOWSKI PODATKOWE UWARUNKOWANIA ROZWOJU PRZEDSIĘBIORCZOŚCI W POLSCE

Rachunek różniczkowy w zadaniach

Automatyzacja i sterowanie statkiem

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PALE PRZEMIESZCZENIOWE WKRĘCANE

MODELE STRUMIENIA POWIETRZA W PNEUMATYCE

Tomasz Kolerski PRAKTYCZNE ASPEKTY GOSPODARKI WODNEJ W PROJEKTOWANIU ZBIORNIKÓW RETENCYJNYCH

Wacław Matulewicz Dariusz Karkosiński Marek Chomiakow. Podstawy badań obwodów elektrycznych i elektromagnetycznych dla mechaników

TERMODYNAMIKA ZADANIA I PRZYKŁADY OBLICZENIOWE WIESŁAWA PUDLIKA WYDAWNICTWO POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Oferta wydawnicza Politechniki Gda skiej jest dost pna pod adresem

Modele matematyczne do badania bezpieczenstwa systemu elektroenergetycznego TOM

Kierunkowe efekty kształcenia wraz z odniesieniem do efektów obszarowych. Budownictwo studia I stopnia

Wzornictwo Przemysłowe I stopień (I stopień / II stopień) akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES)

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Karolina A. Krośnicka. Przestrzenne aspekty kształtowania i rozwoju morskich terminali kontenerowych

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

OPIS ZAKŁADANYCH EFEKTÓW KSZTAŁCENIA. RODZAJ UZYSKIWANYCH KWALIFIKACJI: kwalifikacje pierwszego stopnia

S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Laboratorium Podstaw Energoelektroniki. Krzysztof Iwan Piotr Musznicki Jarosław Guziński Jarosław Łuszcz

Metoda elementów skończonych

1 z , 12:01

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

EWA ZABOROWSKA. Zasady projektowania WODNYCH WEZŁÓW CIEPŁOWNICZYCH

Zbiór zadań z matematyki dla studentów chemii

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

MATRYCA EFEKTÓW KSZTAŁCENIA PRZEDMIORY KIERUNKOWE

EFEKTY KSZTAŁCENIA DLA KIERUNKU STUDIÓW BUDOWNICTWO STUDIA PIERWSZEGO STOPNIA PROFIL OGÓLNOAKADEMICKI

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

ĆWICZENIE Nr 1. Laboratorium CAD/MES. Przedmiot: Modelowanie właściwości materiałów. Opracował: dr inż. Hubert Dębski

Paweł Kłosowski Andrzej Ambroziak METODY NUMERYCZNE W MECHANICE KONSTRUKCJI Z PRZYKŁADAMI W PROGRAMIE

Kierunkowe efekty kształcenia

Uchwała nr 17/2015 Senatu Politechniki Rzeszowskiej im. Ignacego Łukasiewicza z dnia 26 marca 2015 r.

BADANIE METOD I PROJEKTOWANIE USŁUG LOKALIZACYJNYCH W SIECIACH RADIOKOMUNIKACYJNYCH

Politechnika Krakowska im. Tadeusza Kościuszki. Karta przedmiotu. obowiązuje studentów rozpoczynających studia w roku akademickim 2014/2015

Efekty kształcenia dla kierunku Budownictwo

Ewa Zaborowska. projektowanie. kotłowni wodnych. na paliwa ciekłe i gazowe

Gdańsk. w perspektywie badań młodych naukowców. Redakcja Agnieszka Gębczyńska-Janowicz Dorota Kamrowska-Załuska

Elektrotechnika I stopień Ogólno akademicki. Przedmiot kierunkowy. Obowiązkowy Polski VI semestr zimowy

E-E-A-1008-s5 Komputerowa Symulacja Układów Nazwa modułu. Dynamicznych. Elektrotechnika I stopień Ogólno akademicki. Przedmiot kierunkowy

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

kierunkowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) obowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) polski semestr VI semestr letni (semestr zimowy / letni)

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

UKŁADY WIELOCZŁONOWE Z WIĘZAMI JEDNOSTRONNYMI W ZASTOSOWANIU DO MODELOWANIA ZŁOŻONYCH UKŁADÓW MECHANICZNYCH

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu MECHANIKA I BUDOWA MASZYN Studia pierwszego stopnia

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu MECHANIKA I BUDOWA MASZYN Studia pierwszego stopnia

zna metody matematyczne w zakresie niezbędnym do formalnego i ilościowego opisu, zrozumienia i modelowania problemów z różnych

ZAKŁADANE EFEKTY KSZTAŁCENIA Kierunek: Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Kod modułu: C.8 KOMPUTEROWE WPOMAGANIE PRAC INŻYNIERSKICH Nazwa przedmiotu:

LABORATORIUM Z WYTRZYMAŁOŚCI MATERIAŁÓW

Karta (sylabus) przedmiotu

Ekonometria i prognozowanie Econometrics and prediction

MODELOWANIE ZA POMOCĄ MES Analiza statyczna ustrojów powierzchniowych

Z-ZIP2-303z Zagadnienia optymalizacji Problems of optimization

Karta (sylabus) przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia II stopnia. Wytrzymałość konstrukcji lotniczych Rodzaj przedmiotu:

01, 02, 03 i kolejne numer efektu kształcenia. Załącznik 1 i 2

I. KARTA PRZEDMIOTU CEL PRZEDMIOTU

Z-LOG-530I Analiza matematyczna II Calculus II

KARTA KURSU. Nazwa. Podstawy Fizyki. Nazwa w j. ang. Introduction to Physics. Kod Punktacja ECTS* 4

Podstawy Informatyki Computer basics

Teoria sterowania Control theory. Elektrotechnika I stopień ogólnoakademicki. niestacjonarne. przedmiot kierunkowy

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Semestr letni Brak Nie

KARTA MODUŁU KSZTAŁCENIA

MES1 Metoda elementów skończonych - I Finite Element Method - I. Mechanika i Budowa Maszyn I stopień ogólnoakademicki

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Podstawowy (podstawowy / kierunkowy / inny HES) Obowiązkowy (obowiązkowy / nieobowiązkowy) Semestr 2. Semestr letni (semestr zimowy / letni)

Algebra liniowa Linear algebra

Podstawy mechaniki. Maciej Pawłowski

Analiza wrażliwości tarczy z wykorzystaniem metody elementów skończonych

AiR_WM_3/11 Wytrzymałość Materiałów Strength of Materials

GEODEZJA I KARTOGRAFIA I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólnoakademicki / praktyczny)

Artur Cichowski Paweł Szczepankowski Wojciech Śleszyński TECHNIKA CYFROWA I MIKROPROCESOROWA LABORATORIUM

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Zofia Dach Artur Pollok Krystyna Przybylska. Zbiór zadań z mikroekonomii

REGULACYJNE USŁUGI SYSTEMOWE W ZAKRESIE MOCY CZYNNEJ

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Metoda elementów skończonych w mechanice konstrukcji / Gustaw Rakowski, Zbigniew Kacprzyk. wyd. 3 popr. Warszawa, cop

Analiza matematyczna

Z-LOG-1004 Matematyka dyskretna Discrete mathematics. Przedmiot podstawowy Wybieralny polski Semestr III

Metody komputerowe statystyki Computer Methods in Statistics. Matematyka. Poziom kwalifikacji: II stopnia. Liczba godzin/tydzień: 2W, 3L

MASZYNY ELEKTRYCZNE WOKÓŁ NAS Zastosowanie, budowa, modelowanie, charakterystyki, projektowanie

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

Po ukończeniu studiów pierwszego stopnia absolwent studiów I stopnia na kierunku fizyka techniczna: WIEDZA

Inżynieria środowiska I stopień (I stopień / II stopień) ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny) stacjonarne (stacjonarne / niestacjonarne)

Algebra liniowa Linear algebra

Elektrotechnika II stopień ogólnoakademicki. stacjonarne. przedmiot specjalnościowy. obowiązkowy polski semestr I semestr zimowy

Przewodnik do æwiczeñ z gleboznawstwa. dla studentów I roku geografii

Karta (sylabus) przedmiotu MECHANIKA I BUDOWA MASZYN

Komputerowe wspomaganie projektowania- CAT-01

Transkrypt:

Jacek Chróścielewski, Mikołaj Miśkiewicz, Łukasz Pyrzowski Wprowadzenie do modelowania MES w programie SOFISTIK Materiały pomocnicze do laboratorium z metody elementów skończonych Gdańsk 2016

PRZEWODNICZĄCY KOMITETU REDAKCYJNEGO WYDAWNICTWA POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Janusz T. Cieśliński RECENZENT Wojciech Witkowski REDAKCJA JĘZYKOWA Agnieszka Frankiewicz PROJEKT OKŁADKI Wioleta Lipska-Kamińska Wydano za zgodą Rektora Politechniki Gdańskiej Oferta wydawnicza Politechniki Gdańskiej jest dostępna pod adresem http://www.pg.edu.pl/wydawnictwo/katalog zamówienia prosimy kierować na adres wydaw@pg.gda.pl Utwór nie może być powielany i rozpowszechniany, w jakiejkolwiek formie i w jakikolwiek sposób, bez pisemnej zgody wydawcy Copyright by Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej, Gdańsk 2016 ISBN 978-83-7348-670-6 WYDAWNICTWO POLITECHNIKI GDAŃSKIEJ Wydanie I. Ark. wyd. 6,3, ark. druku 6,75, 1131/934 Druk i oprawa: Totem.com.pl, sp. z o.o., sp. k. ul. Jacewska 89, 88-100 Inowrocław, tel. 52 354 00 40

SPIS TREŚCI 1. PRZEDMOWA... 5 2. INFORMACJE OGÓLNE... 7 2.1. Struktura programu... 7 2.2. Praca w programie... 7 3. UKŁADY PRĘTOWE... 11 3.1. Materiały i przekroje... 11 3.2. Definiowanie geometrii SOFIMSHA... 18 3.3. Obciążenia, obliczenia statyczne... 26 3.4. Prezentacja wyników atrybuty modelu obliczeniowego, przemieszczenia, siły... 33 3.5. Prezentacja wyników naprężenia... 38 3.6. Wykorzystanie zmiennych oraz pętli obciążenia ruchome... 40 3.7. Kombinacje obciążeń i obwiednie... 43 3.8. Uwagi o zbieżności rozwiązań MES, udoskonalenie typu h... 47 4. UKŁADY POWIERZCHNIOWE... 51 4.1. Materiały i definiowanie geometrii SOFIMSHA... 51 4.2. Obciążenia, obliczenia statyczne... 58 4.3. Prezentacja wyników... 60 4.4. Uwagi o zbieżności rozwiązań MES, udoskonalenie typu h... 63 5. UKŁADY POWIERZCHNIOWO-PRĘTOWE... 66 5.1. Materiały, przekroje, geometria SOFIMSHA... 66 5.2. Definiowanie geometrii SOFIMSHC... 72 5.3. Materiały, przekroje, geometria SOFIPLUS... 80 5.4. Prezentacja wyników siły wewnętrzne... 93 5.5. Prezentacja wyników naprężenia... 95 6. ZADANIA DODATKOWE ROZWIĄZANIA... 100 7. BIBLIOGRAFIA... 105

1. PRZEDMOWA Trudno obecnie znaleźć obszar działalności inżynierskiej powiązanej z obliczeniami konstrukcji, w którym nie byłaby wykorzystywana metoda elementów skończonych (MES). Powszechność zastosowań MES, tworzenie coraz bardziej przyjaznych użytkownikom, zautomatyzowanych środowisk systemów obliczeniowych mogą sugerować sposób ich wykorzystywania na zasadzie odpowiadającej prostym działaniom na kalkulatorze. Ta łatwość uzyskania wyników oraz ich atrakcyjna wizualizacja mogą prowadzić do mylnego przekonania, że jeśli obliczenia zakończyły się sukcesem, to muszą one być poprawne. Niestety tak nie jest. Efektywne i poprawne wykorzystanie komercyjnych systemów obliczeniowych poza znajomością ich obsługi (tzw. klikania) wymaga zrozumienia stosowanych w nich metod, ich podstaw matematycznych, w tym przyjętych teoretycznych założeń i hipotez, a co się z tym wiąże ograniczeń z nich wynikających, oraz gruntownej wiedzy na temat badanych zjawisk fizycznych. Dlatego uzyskiwane wyniki obliczeń zawsze powinny być możliwie najdokładniej weryfikowane, co najmniej pod kątem jakościowym, np. w formie uproszczonych oszacowań analitycznych, analizy jednostek, kontroli symetrii, bilansu reakcji, zgodności z warunkami brzegowymi czy zachowania ciągłości pól wyznaczanych zmiennych stanu. W tym miejscu należy mocno zaakcentować istotę i wagę wspomnianych wcześniej problemów, w tym opracowaniu bowiem nie zostanie im poświęcona znacząca uwaga. Zakres niniejszej publikacji jest ograniczony do technicznej strony użytkowania pre- i postprocesora systemu SOFiSTiK (tzw. klikania) w odniesieniu do zadań statyki liniowej. Należy jednak podkreślić, że cele opracowania nie obejmują jedynie prezentacji możliwości programu i nauki jego wykorzystania, a przede wszystkim zobrazowanie głównych zasad obowiązujących w metodzie elementów skończonych. System SOFiSTiK należy do grupy programów wyspecjalizowanych, ukierunkowanych na zastosowania głównie w obszarze budownictwa (specjalistyczna baza norm). Program SOFiSTiK ma stosunkowo ubogą bibliotekę elementów skończonych, trzeba jednak podkreślić, że są one starannie wyselekcjonowane pod względem efektywności i niezawodności w odniesieniu do typowych układów konstrukcyjnych spotykanych w budownictwie. Takie podejście twórców programu brak możliwości wyboru, a co się z tym wiąże konieczność samodzielnej oceny trafności użycia określonego elementu skończonego do rozwiązania konkretnego problemu pozornie nie stawia przed jego użytkownikami wygórowanych wymagań dotyczących wiedzy o metodzie elementów skończonych. Pozornie, ponieważ nawet pracując z programem z tej grupy wyspecjalizowanych systemów, użytkownik powinien mieć opanowaną wiedzę z zakresu technik dyskretyzacyjnych oraz i przede wszystkim świadomość ograniczeń zakresu stosowalności wykorzystywanych elementów skończonych. Niestety w tej grupie programów w instrukcjach użytkowania informacja o podstawach teoretycznych jest najczęściej ograniczona do minimum lub całkowicie pominięta, często tylko z ubogim odwołaniem do literatury źródłowej. Dlatego niezbędnym minimum, poza

6 1. Przedmowa zapoznaniem się ze stosowną literaturą, powinno być osobiste przetestowanie dostępnych elementów skończonych przed przystąpieniem do profesjonalnego wykorzystania programu do obliczeń konstrukcji, tak aby nabrać zaufania do nich i rozpoznać ich ewentualne mankamenty. Temu celowi służą tzw. zadania benchmarkowe dostępne w literaturze czy nawet opracowane i zawarte w instrukcjach do programu. Celowe i bardzo nośne poznawczo jest sporządzenie własnych testów w postaci prostych akademickich zadań opartych na wiedzy nabytej podczas kursów wytrzymałości materiałów, mechaniki budowli czy teorii sprężystości, geotechniki i fundamentowania oraz dynamiki budowli. Wskazane jest wariantowe powtórzenie na drodze numerycznej poznanych i omawianych tam rozwiązań ram, tarcz, płyt, powłok, fundamentów, dla których znane są niekwestionowane rozwiązania analityczne (zob. np. Radwańska [2013]). Nauka za pomocą skryptu metody elementów skończonych w środowisku programu SOFiSTiK w wersji 2016 ma charakter sekwencyjny; aby korzystać z dalszego materiału, należy się zapoznać z materiałem poprzedzającym. Dla przybliżenia podstaw teoretycznych oraz praktycznego zastosowania MES autorzy proponują następujące opracowania: Hughes [2000], MacNeal [1978], MacNeal i in. [1998], Miśkiewicz [2016], Pyrzowski [2011], Rakowski i Kacprzyk [2005], Wilson [2002], Zienkiewicz [1972] oraz Zienkiewicz i Taylor [2005]. Niniejsza publikacja bazuje na materiałach dydaktycznych udostępnianych studentom w ramach kursu laboratoryjnego metoda elementów skończonych (Chróścielewski i in. [2010]). Autorzy dołożyli wielu starań, by przedstawiony materiał był wolny od błędów. Jednak w przypadku wystąpienia jakichkolwiek pomyłek będziemy wdzięczni za wszelkie informacje.